Que sera l'impact environnemental des futurs avions à hydrogène? C’est pour répondre à cette question qu’Airbus a initié le projet Blue Condor, dans la foulée du lancement en septembre 2020 de ZEROe, son ambitieux pari de mettre en service un avion à hydrogène en 2035. Piloté par la tête chercheuse du groupe – Airbus UpNext – et dévoilé en 2021, il est en passe d’aboutir avec des essais en vol prévus pour le printemps 2023. Objectif: traquer et caractériser en plein vol les traînées de condensation issues de la combustion de l’hydrogène. Car celles-ci sont soupçonnées de contribuer au réchauffement climatique, avec peut-être un effet équivalent à celui des émissions de CO2…
«On ne sait pas encore vraiment comment se forment les traînées de condensation avec l’hydrogène, explique Matthieu Biennes, ingénieur au sein d’Airbus UpNext. Avec le kérosène, les gouttes d’eau s’agglomèrent sur des poussières. Or, avec l’hydrogène, il n’y a pas de rejet de combustion.» Quel effet provoquera cette absence de particules? Seule certitude: en altitude, l’hydrogène génère 2,6 fois plus de vapeur d’eau que le kérosène au moment de sa combustion. Les gouttelettes peuvent créer des cristaux, capables selon leur taille de former une traînée de condensation… ou non. Quelle est la durée de vie de cette formation nuageuse dans l’atmosphère?
Deux planeurs au centre du dispositif
Comment Airbus compte s’y prendre pour faire le plein de données expérimentales? Les équipes du groupe vont faire voler deux planeurs fabriqués par le constructeur allemand Schempp-Hirth, des Arcus-J: l’un fonctionnera avec du kérosène, et l’autre avec de l’hydrogène. Concrètement, un turbopropulseur – un Grob – analysera en vol les traînées de condensation émises par les deux planeurs à plus de 10 000 mètres d’altitude, pour in fine les comparer. Des mesures effectuées via des instruments ultra-précis fournis par le centre de recherche aéronautique allemand, le DLR. «Les premières campagnes d’essais s’effectueront aux Etats-Unis, dans le Nevada», détaille Matthieu Biennes. Une troisième est prévue dans le Dakota du Nord, où les conditions météorologiques favorisent la formation de traînées de condensation.
Pourquoi aux Etats-Unis? D’abord pour des raisons de sécurité, les grands espaces non urbanisés ne manquant pas dans le pays. Mais aussi parce que c’est l’équipe du planeur américain Perlan qui assurera les vols. Elle est d’ailleurs en train de modifier l’appareil qui embarquera et consommera de l’hydrogène: deux réservoirs contenant de l’hydrogène à 700 bars seront placés au niveau du siège arrière. Pour leur prêter main forte, l’équipe toulousaine d’Airbus UpNext a mis au point un banc d’essai reproduisant au millimètre près les dimensions du planeur… L’installation mesure environ deux mètres de long: elle consiste en un habitacle de plexiglas entouré d’une ossature bois.
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Un banc d'essai toulousain
«Ce banc d’essai nous permet de valider le niveau d’encombrement des différents équipements et en particulier les deux réservoirs de stockage d’hydrogène de 60 litres chacun, ainsi que du contrôleur qui se charge de la distribution d’hydrogène, souligne Jean-Michel Rogero, ingénieur au sein du fablab d’Airbus, Protospace, mis à contribution pour le projet. Nous avons acheté sur étagère tout ce qui était disponible comme les valves, les connectiques et les tuyaux.» Pour le reste, les experts d’Airbus ont développé peurs propres systèmes, au niveau du calculateur, mais aussi du module de distribution basse pression.
BOUTET Herve Avec ce banc d'essai, Airbus réalise les premiers tests liés à son futur avion à hydrogène. Crédit : Hervé Boutet
Au-delà du dimensionnement, c’est la capacité du planeur à évacuer l’hydrogène résiduel qui a pu être mise à l’épreuve. Avec en lieu et place de ce gaz difficile à manipuler, une machine à fumée pour fête associée à un système d’air comprimé. «Pour mettre de l'hydrogène à bord d’un aéronef, il faut respecter plusieurs règles et en particulier concernant sa concentration, met en garde Jean-Michel Rogero. Au-delà de 4 à 6%, il y a des risques qu’il puisse s’enflammer.» Le banc d’intégration simule la dispersion de l’hydrogène dans la zone réservoir et a permis de confirmer que l’habitacle était exempt de fumée.
Les résultats de ces essais seront mutualisés avec ceux issus du démonstrateur de système de propulsion à hydrogène lancé en février dernier – avec General Electric Safran – embarqué sur un A380. Son premier vol est prévu en 2026. «Les travaux menés dans le cadre de Blue Condor nous ont servi à comprendre comment l’hydrogène allait se comporter au sein de ce système propulsif, mais aussi à former nos ingénieurs sur son utilisation à bord des futurs avions», estime Matthieu Biennes. Autant de projets qui vont permettre d’effectuer les meilleurs choix technologiques pour son futur avion à hydrogène.
